三相感应电动机的电力拖动讲义课件

1、第五章 三相感应电动机的电力拖动51 异步电动机的电磁转矩和机械特性异步电动机的电磁转矩和机械特性一、机械特性的三种表达式112221122212221602 )1(602)1(602)1(emPnSRImSnSSRImnSSRImPT1、机械特性的物理表达式22122111111coscos244.4ICIfkNpfmTMw反映了感应电动机的电磁转矩与气隙每极磁通和转子电流有功分量的乘积成正比的物理本质。电磁转矩的物理表达式2、机械特性的参数表达式、机械特性的参数表达式22222222211cosRXSXSRSR22111111cos244. 4IfkNpfmTw22122112)(XXSR

2、RUI根据简化电路得到的转子电流转子侧功率因数机械特性的参数表达式221221221111XXSRRSRUmT电磁转矩的参数表达式：电磁转矩与转速之间的关系曲线，是电动机的机械特性。 几个关键点： 起动点 最大转矩点 额定工作点 电动，发电，制动三种运行状态 电磁转矩的参数表达式（2）异步电动机的T-s曲线上有一个最高点； 最大转矩可以根据高等数学中求极值的方法求得。 221212)(0XXRRSdSdTm令：22121212111max21XXRRUmT代入转矩公式，得过载能力：最大转矩与额定转矩之比：NmTTmax（1.62.2)最大转矩，过载能力最大转矩与电网电压的平方成正比； 最大转矩

3、近似与漏电抗成反比； 最大转矩的位置可以由转子电阻的大小来调整； 最大转矩的值与转子电阻值没有关系；异步电动机调节转子电阻时机械特性的变化。关于最大转矩的几个重要结论22121212111max21XXRRUmT起动电流指起动瞬间电机从电网吸收的电流；从等效电路求出起动电流：22122112)()(XXRRUIIst起动转矩，即起动瞬间电动机的电磁转矩22122122111)()(1XXRRRUmTst若令Sm = 1221212)(XXRR起动转矩等于最大转矩。对于绕线式转子可通过外串电阻达到。起动电流、起动转矩异步电动机的起动转矩与电压的平方成正比； 总漏抗越大，起动转矩越小； 绕线式异步

4、电动机可以在转子回路串入适当的电阻可以增大起动转矩； 起动转矩的几个重要结论 当 时， 起动转矩最大。221212)(XXRR22122122111)()(1XXRRRUmTst通过铭牌数据求取电动机转矩的方法。3 转矩的实用计算公式SSSSTTmm2max12mmNmSSmSRXXRXXSRRSXXRRRTT2221212212212212112max)(2二、固有机械特性当定子的对称三相绕组按规定的接线方式；定子不经任何阻抗直接加额定电压、额定频率的三相电压；转子回路不串任何阻抗，直接短路。这种情况下得到的nf（T）， 称为固有机械特性。TS固有机械特性的特殊点固有机械特性的特殊点：起动点

5、A：该点S1；临界点B：该点SSm；额定点C：该点SSn；同步点D：该点S0，1. 又称理想空载点；S=0S=1T0SnTnSmTm练习：练习：已知一台三相异步电动机，额定功率已知一台三相异步电动机，额定功率PN70kw，额定电压，额定电压220v/380v，额定转速，额定转速nN725r/min，过载倍数过载倍数 M2.4。求其固有机械特性的实用公式。求其固有机械特性的实用公式。ssT15. 015. 08 .4425mNTTNMm.9 .221215. 0)1(2MMNmss三、人为机械特性人为地改变电动机地任一个参数（如U1、f1、p、定子回路电阻或电抗、转子回路电阻或电抗的机械特性称为

6、人为机械特性。 降低定子端电压的人为特性；改变转子回路的电阻的人为特性；改变定转子回路电抗的人为特性；改变极数后的人为特性；改变输入频率的人为特性；三、人为机械特性三、人为机械特性ssssTTmmm2（一）降低（一）降低 1U22122112211)(2xxrrfrUpmTQ211)(UUTTQQpfn1160不变不变221212xxrrsm不变不变22121112114xxrrfUpmTm211)(UUTTmmNmmTT / 降低后电动机电流将大于额定值，电动机如长时连降低后电动机电流将大于额定值，电动机如长时连续运行，最终温升将超过允许值，导致电动机寿命缩短，续运行，最终温升将超过允许值，

7、导致电动机寿命缩短，甚至烧坏。甚至烧坏。1U三、人为机械特性三、人为机械特性221cosICTmM1U m2cossnT不变（恒转矩），不变（恒转矩），12IIssssTTmmm2211)(UUTTmmNMmTT)1(2MMNmss人为机械特性的直线表达式人为机械特性的直线表达式ssTTmm/2MNmss2211)(UUTTmm降压后的人为机械特性实用表达式降压后的人为机械特性实用表达式（二）转子电路内串联对称电阻（二）转子电路内串联对称电阻 转子电路串联对称电阻适用于绕线转子感应电动机的起转子电路串联对称电阻适用于绕线转子感应电动机的起动，也可用于调速。动，也可用于调速。 n1、 Tm不变不

8、变221212xxrrsm三、人为机械特性三、人为机械特性1msQTR1msQTR22rRrssmm22121112114xxrrfUpmTm三、人为机械特性三、人为机械特性转子串电阻后的人为机械特性实用表达式转子串电阻后的人为机械特性实用表达式ssssTTmmm2mmsrRs)1 (2NMmTT)1(2MMNmss人为机械特性的直线表达式人为机械特性的直线表达式ssTTmm/2mmsrRs)1 (2MNmss25-2 三相感应电动机的起动起动性能包括： 起动电流倍数Ist/IN; 起动转矩倍数Tst/TN; 起动时间 起动时消耗的能量 起动设备的简单和可靠； 起动的过渡时间异步电动机直接起动

9、时的问题：电流大但转矩并不大。2212211122)()(cosXXSRRUIICTmMem 起动时， S1， 等效阻抗小， 起动电流大； f2f1 ， 2接近900， cos 2很小， 转子电流有功分量小。 异步电动机的起动， 存在两种矛盾： 电动机起动电流大， 供电网络承受冲击电流能力有限；1. 电动机起动转矩小， 负载要求有足够的转矩才起动；异步电动机起动分四种情况：小容量轻载起动；中、大容量轻载起动；小容量电机重载起动；1. 中、大容量重载起动；一、小容量电动机轻载起动直接起动不仅取决于电机本身的大小， 还与供电电网容量和供电线路长短有关。 （要求母线降落不大于10） 电动机容量与供电

10、变压器的比值； 起动是否频繁； 供电线路距离； 同一台变压器其它用户的要求；一般7.5KW以下电机允许直接起动。二、中、大容量电动机轻载起动降压起动此时主要矛盾是电流。 降低电流的方法， 主要靠降低电压。2212211)()(XXRRUIQ起动电流：降压起动时， 起动电流与定子电压成比例降低。待转速升高到一定值， 恢复全电压。 注意： 起动转矩与U2成正比， 降压起动后， 比起动电流降低得更厉害。常用的降压起动方法 定子串电阻或电抗降压起动； 用自耦变压器降压起动； Y起动 延边三角形起动三、小容量电动机重载起动主要矛盾是起动转矩不足。解决的方法： 容量大一号的电动机； 高起动转矩的电动机特殊

11、电机获得高起动转矩的原因， 主要是转子电阻的影响。转子参数自动随转速的变化而变化。 如双鼠笼电机和深槽电机。集肤效应 漏磁通只穿过槽一次， 由 槽底铁心形成闭合回路。 可以看成许多单元导体的并联； 越接近槽口的导体所交链的漏磁通越少， 即漏抗小；接近槽底底单元，漏抗大， 使导体电流密度分布不均， 产生把电流向槽口排挤的“趋表效应”； 电机转速越低， 转子电流频率越高， 趋表效应越突出； 导体的导电高度缩小， 转子电阻增加； 深槽式：高度是宽度的1012倍， 堵转时， 电阻达额定运行的3倍， 随着转速升高， 频率降低， 电流分布趋向均匀， 转子电阻自动减小。 双鼠笼式： 两套绕组， 材料不同，

12、截面也不同。 外笼： 起动笼， 截面小， 材料选用电阻系数大； 内笼： 工作笼， 截面大， 电阻系数小。 外笼内笼四、中、大容量电动机重载起动两种矛盾同时起作用。 采用绕线式电机， 转子串电阻。 既增大起动转矩， 又减小起动电流。 常用的方法：转子串电阻或转子串频敏变阻器。 一、感应电动机的固有起动一、感应电动机的固有起动固有起动：按固有机械特性起动。固有起动：按固有机械特性起动。kQQzUxxrrUII1221221121)()(起动电流起动电流NI74起动转矩起动转矩NmMQTICT8 . 18 . 0cos221一般只有输出功率小于一般只有输出功率小于7.5kW才直接起动。才直接起动。五

13、、三相感应电动机的起动方法五、三相感应电动机的起动方法二、笼型感应电动机的起动方法二、笼型感应电动机的起动方法 如果功率大于如果功率大于7.5kW，而电源总容量较大，能符合下式要求者，而电源总容量较大，能符合下式要求者，电动机也可允许直接起动。电动机也可允许直接起动。NIIKQINHPS443起动电流倍数起动电流倍数电机的产品目录中给出电机的产品目录中给出如果不能满足要求，则必须采用减压起动的方法如果不能满足要求，则必须采用减压起动的方法 。1 1 直接起动直接起动SH:供电电源的容量供电电源的容量二、笼型感应电动机的起动方法二、笼型感应电动机的起动方法2 2 降压起动降压起动笼型异步电动机电

14、抗减压起动的原理图笼型异步电动机电阻减压起动的原理图（1 1）电阻或电抗减压起动）电阻或电抗减压起动二、笼型感应电动机的起动方法二、笼型感应电动机的起动方法降压起动降压起动电阻或电抗减压起动特点：电阻或电抗减压起动特点：1 1 起动平稳、运行可靠、构造简单，其中电阻减压起动在起动平稳、运行可靠、构造简单，其中电阻减压起动在起动阶段功率因数较高；起动阶段功率因数较高；2 2 起动转矩与电压的平方成正比减少，因此只适用于轻载起动转矩与电压的平方成正比减少，因此只适用于轻载或空载起动；或空载起动；3 3 采用手动或自动控制线路，成本较高，且起动时电能损采用手动或自动控制线路，成本较高，且起动时电能损

15、耗较多，实际应用不多。耗较多，实际应用不多。（2 2）自耦变压器降压起动）自耦变压器降压起动二、笼型感应电动机的起动方法二、笼型感应电动机的起动方法降压起动降压起动异步电动机自耦补偿起动的原理线路图自耦变压器的减压原理图kNNUU11212kUUIIQQ11212122121)(kUUTTQQkII12kIIQQ112121111kIIQQ自耦变压器起动特点：自耦变压器起动特点：1 1 起动转矩和起动电流起动转矩和起动电流( (对电网而言对电网而言) )降低同样倍数；降低同样倍数；2 2 变压器的副边绕组一般有三个抽头，分别为电源电压的变压器的副边绕组一般有三个抽头，分别为电源电压的4040，

16、6060和和8080，以满足不同负载的要求；，以满足不同负载的要求；3 3 适用于容量较大的低压电动机减压起动，应用很广泛；适用于容量较大的低压电动机减压起动，应用很广泛；4 4 体积大，重量大，价格高，需维护检修。体积大，重量大，价格高，需维护检修。二、笼型感应电动机的起动方法二、笼型感应电动机的起动方法降压起动降压起动二、笼型感应电动机的起动方法二、笼型感应电动机的起动方法降压起动降压起动（2 2）Y Y 起动起动笼型异步电动机星形三角形起动的原理线路图特点：特点：1 1 只能用于正常运转时定子绕组只能用于正常运转时定子绕组为三角形联接的电动机；为三角形联接的电动机；2 2体积小、重量轻、

17、价廉物美，运体积小、重量轻、价廉物美，运行可靠，检修方便；行可靠，检修方便；3 3 起动电压只能降到起动电压只能降到 。3131UUY31QYQII31QQYTT31IIY电源线电源线电流电流二、绕线式感应电动机的起动方法二、绕线式感应电动机的起动方法221221221121)()()(kkQQxRrUxxRrrUII221)(kkxRrU转子回路串电阻起动转子回路串电阻起动二、绕线式感应电动机的起动方法二、绕线式感应电动机的起动方法21TT令令222221rRrRrRmm212112211TTrRRRRRRRmmmmmTsT1NNmmrR2二、绕线时感应电动机的起动方法二、绕线时感应电动机的起动方法转子回路串电阻起动特点：转子回路串电阻起动特点：可限制起动时转子和定子电流，且增大起动转矩，减少起可限制起动时转子和定子电流，且增大起动转矩，减少起动时间，绕线式转子比笼型有更好的起动特性，适用于功动时间，绕线式转子比笼型有更好的起动特性，适用于功率较大的重载起动。率较大的重载起动。思考题：思考题：1 某三相鼠笼式异步电动机铭牌上标注的额定电压为某三相鼠笼式异步电动机铭牌上标注的额定电压为380/220V，接在，接在380V的交流电网上空载启动，能否采用的交流电网上空载启动，